Segundo Fabian e Hellgren [10], o pequeno número de aplicações da TCS na indústria se deve à discrepância observada entre o supervisor abstrato e a sua implementação física, principalmente quando a implementação é baseada em CLPs. Fabian e Hellgren [10] abordam o problema da imple- mentação do supervisor em CLPs, criando mecanismos de transformação do supervisor representado por uma máquina de estados finitos em Diagrama Escada [16]. Nesse processo, alguns problemas podem ser observados.
O primeiro deles seria sair do universo das máquinas de estados assíncronas baseadas em even- tos para o universo dos CLPs síncronos baseados em sinais. Esta questão pode acarretar no efeito avalanche (um evento causa mais de uma transição, errôneamente) e no problema de simultaneidade de eventos, que devem ser evitados. O segundo problema destacado é a causalidade, uma vez que na prática nem todos os eventos são gerados pela planta, como é assumido pela TCS. A implemen- tação no CLP deve incluir a geração de eventos e ser feita de modo que vários eventos não sejam gerados simultaneamente. A escolha é o terceiro problema levantado em [10]. Em algumas situações o supervisor pode ter que escolher entre algumas alternativas para a geração de um evento em um determinado estado. Para garantir que somente uma escolha é feita, a geração do evento deve ser realizada simultaneamente à transição. O último problema é a sincronização inexata, que possibilita que enquanto o programa executa alguma coisa possa acontecer que invalide as escolhas feitas pelo supervisor. Por isso, deve-se assegurar que a escolha do supervisor não seja invalidada por um evento da planta que ocorra durante o tempo de tomada da decisão.
Hellgren et al. [14] abordam o problema de implementação em CLP do controle supervisório modular. Além da sincronização da planta com o supervisor, um supervisor modular deve ser inter- namente sincronizado. Em [14] são utilizadas as redes de Petri devido ao seu inerente paralelismo e ao fato de que a linguagem SFC (sequential function chart) de programação de CLPs é baseada nas redes de Petri. Além disso, os autômatos de estados finitos podem ser considerados uma subclasse das redes de Petri. Hellgren et al. [14] discutem os quatro problemas levantados em [10] do ponto de vista da implementação do sistema de controle modular. Para que o problema de escolha [10] não ocorra, os supervisores modulares devem ser determinísticos. Para se obter esses supervisores determinísticos realiza-se a parametrização, na qual eventos e lugares em alguns supervisores mod- ulares podem possuir alguns parâmetros livres que podem assumir valores especificados em outros supervisores modulares.
O efeito avalanche [10] não ocorre em sistemas implementados por meio de SFC, uma vez que SFC explicitamente evita as avalanches [14]. Quanto ao problema da causalidade [10], no caso da implementação do controle supervisório modular é necessário determinar qual dos supervisores mod- ulares gerou um evento. Hellgren et al. [14] sugerem a utilização de outros agentes, chamados moni- tores de eventos [12], para a geração dos eventos de saída (gerados pelos supervisores). Para resolver o problema de sincronização inexata [10] deve-se utilizar o modelo de transição imediata/ação imedi- ata [13], conseguido se os monitores de eventos forem executados antes dos supervisores modulares em cada ciclo de atualização do CLP.
Lauzon et al. [17] propõem uma metodologia de implementação baseada na utilização de leis de controle supervisório desenvolvidas de acordo com estruturas teóricas formais associadas ao es- tado da arte da tecnologia de controladores lógicos programáveis. Nesta metodologia a estratégia de controle é tratada como diversos subconjuntos de tamanho limitado compostos por múltiplos estados e transições que podem ser trocados em tempo real durante a operação da célula de manufatura de acordo com os eventos observados. É utilizado um sistema integrado onde um computador é empre- gado para a geração em tempo real das estratégias de controle e um CLP é empregado para executar estas estratégias. A utilização de CLPs é proposta para este fim porque estes dispositivos possuem funcionalidades para entrada/saída mais adequadas que os computadores pessoais (PCs) e além disso
são dispositivos de controle amplamente utilizados em aplicações industriais. O procedimento para a implementação do sistema de controle segundo esta metodologia é dado pelos seguintes passos [17]:
1. obtenção da estratégia de controle na forma de uma tabela de estado-transição padrão; 2. tradução da estratégia de controle por meio de um tradutor automático em código ladder; 3. realização do carregamento do código ladder no processador do CLP para o controle em tempo
real da célula flexível de manufatura.
Nourelfath e Niel [21] implementam o controle supervisório modular em um sistema de manufatura automatizado experimental. Neste trabalho o formalismo de autômatos é utilizado para as etapas de modelagem e síntese enquanto que o Grafcet é utilizado para implementação nos CLPs. Os modelos em autômatos do comportamento básico da planta e dos supervisores são traduzidos em grafcets a serem implementados no CLP. Ressalta-se que o Grafcet foi utilizado por ser uma poderosa ferramenta que permite a especificação de grandes máquinas seqüenciais e que pode ser utilizada em CLPs. É também uma ferramenta de controle que possibilita que a ocorrência de eventos seja forçada, além de prover uma seqüência de saídas única e sem ambigüidades, dada uma seqüência de entradas. No entanto, os resultados observados no referido trabalho são independentes da ferramenta utilizada. Os modelos em autômatos do comportamento básico da planta é traduzido em grafcets através da representação dos eventos controláveis por ações nos passos do grafcet e da associação dos eventos não controláveis com as transições dos passos. A tradução dos modelos em autômatos dos super- visores em grafcets é baseada no uso de condições booleanas que possibilitam que os eventos con- troláveis sejam desabilitados. Cada vez que um evento em um grafcet de uma planta tiver que ser desabilitado por um supervisor, ele é condicionado por uma variável booleana. Na proposta deste trabalho para a aplicação do controle supervisório, o supervisor conserva a sua função original de im- pedir a ocorrência de eventos como na teoria de Ramadge e Wonham. Isto porque, segundo Nourelfath e Niel [21], não se pode utilizar as estruturas nas quais os eventos são forçados quando se trata do controle supervisório modular. Assim sendo, os supervisores modulares e os modelos da planta são projetados e implementados para serem executados concorrentemente.
Charbonnier et al. [6] também utilizam o Grafcet para implementar o sistema de controle super- visório, justificando essa escolha pelas mesmas razões dadas no trabalho de Nourelfath e Niel [21]. Charbonnier et al. [6] mostram algumas das limitações das aproximações para implementação de sis- temas de controle supervisório que consideram que a ocorrência de eventos seja forçada. Propõem desta forma o conceito de controle supervisionado, no qual controle e supervisão estão separados. Definem ainda o conceito de processo estendido, onde o processo a ser controlado acoplado ao con- trolador lógico podem ser vistos como um dispositivo único que evolui espontaneamente, sem que eventos necessitem ser forçados. A supervisão é então confinada à proibição de alguns dos eventos a serem gerados no processo estendido.
Queiroz [24] faz uma revisão bibliográfica de algumas outras metodologias e apresenta uma solução baseada na teoria de Controle Modular Local onde é preservada a modularidade tanto do
sistema físico quanto das especificações. Como o tema desta dissertação de mestrado diz respeito à implementação distribuída do controle supervisório, optou-se pela adoção desta metodologia, uma vez que a manutenção da característica intrinsicamente distribuída dos sistemas de manufatura reais deve ser preservada. Essa estrutura de implementação do sistema de controle supervisório é mostrada na seção seguinte.
Esta estrutura de implementação já foi utilizada em outros trabalhos [32] [20] com sucesso. Souto [32] utiliza esta estrutura para implementar o sistema de controle de uma unidade de potência hidráulica. Pode-se dizer que trata-se de um sistema de médio/grande porte, já que é composto por 33 módulos do sistema produto e 113 supervisores modulares locais. Neste trabalho os supervisores e os módulos do sistema produto foram implementados utilizando-se diagrama ladder enquanto que as seqüências operacionais foram implementadas por Sequential Function Charts (SFCs). A imple- mentação bem sucedida da metodologia proposta por Queiroz [24] neste trabalho serviu como mais um incentivo para a sua adoção nesta dissertação de mestrado. Neto et al. [20] faz uma comparação entre as metodologias de projeto combinatório em Álgebra Booleana, Modelagem por Autômatos e a Teoria de Controle Supervisório Modular Local. São destacadas as vantagens e desvantagens quanto à facilidade de utilização dos métodos por parte dos projetistas, clareza do programa resultante, fa- cilidade de criação do código, espaço físico de memória necessário para o programa, facilidade de manutenção, robustez e tempo de desenvolvimento.